一些超大质量类星体是在大爆炸后的头十亿年内形成的。 现在，科学家们知道原因了。

超级计算机模拟显示大量恒星在古代气体云中形成（红色）。 （图片来源：朴茨茅斯大学/自然）

类星体就像距离地球 130 亿光年的海岸上的宇宙灯塔一样闪烁，是天文学家今天可以探测到的早期宇宙中最古老、最明亮的遗迹。

类星体是“准恒星无线电源”的缩写，是巨大的黑洞，它们发出的光与星系一样明亮，质量是地球太阳的数百万到数十亿倍。今天，类星体存在于许多大型星系的中心。但由于它们异常的光度，类星体已经在很远的时空中被追踪，其中大约 200 个被确定为在我们宇宙历史的前十亿年中形成。

在星系稀少、大恒星异常罕见的情况下，如此大质量的天体怎么会形成得这么早？自从第一批类星体被发现以来，这个问题已经困扰了研究人员二十多年——现在，7 月 6 日发表在《自然》杂志上的一项新研究可能会提供一个长期寻求的答案。

使用计算机模拟，研究人员模拟了早期宇宙中的恒星形成，重点关注了两股冷湍流气体相遇的罕见接合点之一。虽然形成恒星的气体流像今天的宇宙州际公路一样在宇宙中纵横交错，但在大爆炸后的头十亿年内，两条流相遇的天然“云”或储层极为罕见，这使得它们成为诱人但难以捉摸的研究领域。

在模拟中，在数百万年的过程中，两个大型恒星形成气体“团块”聚集在这些流的中心。但是，令团队惊讶的是，这些团块从未像以前的早期宇宙模型预测的那样结合成正常大小的恒星。

“冷流推动了[气体]云中的湍流，阻止了普通恒星的形成，直到云变得如此巨大，以至于在自身重量下灾难性地坍塌，形成了两颗巨大的原始恒星，”该研究的合著者丹尼尔·惠伦 (Daniel Whalen) 是该大学的高级讲师英国朴茨茅斯大学的宇宙学在一份声明中说。 “一颗 [恒星] 是 30,000 个太阳质量，另一颗是 40,000 个太阳质量。”

先前的研究估计，类星体在其诞生时必须测量 10,000 到 100,000 个太阳质量。研究作者写道，如果是这样的话，新模拟中的两颗巨大的原始恒星都可能成为宇宙第一批类星体的“种子”。

事实上，两颗大恒星几乎可以立即坍缩成黑洞，然后继续吞噬气体，因为它们长成超大质量类星体，就像科学家在早期宇宙中发现的那样。研究人员写道，随着怪物黑洞继续增长，它们甚至可以合并，释放出一股被称为引力波的时空涟漪。科学家们甚至有可能在未来几十年使用特殊的天文台探测到这些波，从而有可能证实模拟的结果。

如果得到证实，这项研究将推翻几十年来关于早期宇宙恒星形成的想法。先前的研究表明，大型原始恒星只能在极端环境中形成，在这种环境中，强烈的紫外线辐射等外力可以阻止较小的恒星形成。然而，这种新的模拟表明，这种奇异的环境可能不是必需的。类星体的种子可能会在稀有的冷气流相遇的地方自然产生。

“第一个超大质量黑洞只是[早期宇宙]结构形成的自然结果——宇宙网的孩子，”惠伦说。